BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL ZnO MENGGUNAKAN EKSTRAK KULIT LABU KUNING (Cucurbita moschata) DAN APLIKASINYA PADA DYE SENSITIZED SOLAR CELL
(DSSC)
SKRIPSI
DZIKRI ANFASA FIRDAUS
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL ZnO MENGGUNAKAN EKSTRAK KULIT LABU KUNING (Cucurbita moschata) DAN APLIKASINYA PADA DYE SENSITIZED SOLAR CELL
(DSSC)
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
DZIKRI ANFASA FIRDAUS 11160960000003
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL ZnO MENGGUNAKAN EKSTRAK KULIT LABU KUNING (Cucurbita moschata) DAN APLIKASINYA PADA DYE SENSITIZED SOLAR CELL
(DSSC)
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
DZIKRI ANFASA FIRDAUS NIM : 11160960000003
Mengetahui,
Ketua Program Studi Kimia Dr. La Ode Sumarlin, M. Si NIP. 19750918 200801 1 007 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Nanda Saridewi, M. Si NIP. 19841021 200912 2 004 Isalmi Aziz, M.T NIP. 19751110 200604 2 001
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi berjudul “Biosintesis dan Karakterisasi Nanopartikel ZnO Menggunakan Ekstrak Kulit Labu Kuning (Cucurbita moschata) dan Aplikasinya pada Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)” yang ditulis oleh Dzikri Anfasa Firdaus, NIM 11160960000003 telah diuji dan dinyatakan LULUS dalam sidang munaqosah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Jumat, 26 Maret 2021. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Kimia.
Menyetujui,
Penguji I Penguji II
Nurhasni, M.Si
NIP. 19740618 200501 2 005
Dr. Siti Nurbayti, M.Si NIP. 19740721 200212 2 002
Pembimbing I Pembimbing II
Nanda Saridewi, M.Si NIP. 19841021 200912 2 004
Isalmi Aziz, M.T NIP. 19751110 200604 2 001
Mengetahui,
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Kimia
Ir. Nashrul Hakiem, Ph.D NIP. 19710608 200501 1 005
Dr. La Ode Sumarlin, M.Si NIP. 19750918 200801 1 007
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL KARYA SENDIRI DAN BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.
Pandeglang, 26 Maret 2021
Dzikri Anfasa Firdaus 11160960000003
ABSTRAK
DZIKRI ANFASA FIRDAUS. Biosintesis dan Karakterisasi Nanopartikel ZnO Menggunakan Ekstrak Kulit Labu Kuning (Cucurbita moschata) dan Aplikasinya pada Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). Dibimbing oleh NANDA SARIDEWI dan ISALMI AZIZ.
Nanopartikel seng oksida (ZnO) merupakan salah satu material anorganik yang memiliki sifat absorpsi ultraviolet/UV. Nanopartikel ZnO merupakan material semikonduktor dengan celah pita lebar, yaitu 3,37 eV dan energi eksitasi cukup tinggi yaitu sebesar 60 meV, sehingga dapat digunakan pada Dye Sensitized Solar
Cell (DSSC). Ekstrak kulit labu kuning (Cucurbita moschata) dapat dimanfaatkan
sebagai agen penstabil sekaligus agen pereduksi pada sintesis nanopartikel ZnO. Proses sintesis nanopartikel ZnO selama ini tidak ramah lingkungan dan masih harus diteliti parameter fisika dan kimianya agar menghasilkan nanopartikel ZnO yang baik sehingga menghasilkan efisiensi DSSC yang besar. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan gugus fungsi ekstrak kulit labu kuning Cucurbita
moschata, menentukan karakteristik nanopartikel ZnO dan penentuan efisiensi
semikonduktor ZnO dengan menggunakan dye ekstrak buah manggis. Prekursor Zn(CH3COO)2.2H2O dengan konsentrasi 0,15 M pada variasi pH 7, 8, dan 9 direaksikan dengan ekstrak kulit labu kuning. Ekstrak kulit labu kuning dikarakterisasi menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR). Nanopartikel ZnO ditentukan jenis fasa dan ukuran kristal menggunakan X-Ray Diffraction
(XRD) dan morfologi distribusi partikel dan ukuran partikelnya menggunakan Transmission Electron Microscope (TEM). Sampel hasil biosintesis diaplikasikan
pada DSSC sebagai semikonduktor. Hasil FTIR menunjukan adanya gugus fungsi dan senyawa yang berperan sebagai agen penstabil sekaligus pereduksi seperti protein, karbohidrat dan gugus OH. Hasil XRD menunjukan ZnO memiliki sistem kristal hexagonal dan ukuran kristal terkecil sebesar 18,99 nm. TEM menunjukan ZnO konsentrasi 0,15 M pada pH 8 memiliki bentuk partikel spherical dengan ukuran partikel 24,90 nm. Sedangkan DSSC menghasilkan efisiensi sebesar 9,06
10-4 %.
Kata kunci: Biosintesis, Cucurbita moschata, Nanopartikel ZnO, Dye Sensitized
ABSTRACT
DZIKRI ANFASA FIRDAUS. Biosynthesis and Characterization of ZnO Nanoparticles Using Pumpkin Skin Extract (Cucurbita moschata) Its Application in Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Supervised by NANDA SARIDEWI and ISALMI AZIZ.
Zinc oxide (ZnO) nanoparticles are an inorganic material that has ultraviolet / UV absorption properties. ZnO nanoparticles are semiconductor materials with a wide band gap of 3.37 eV and a high enough excitation energy of 60 meV, so they can be used in Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). Pumpkin skin extract (Cucurbita moschata) can be used as a stabilizing agent as well as a reducing agent in the synthesis of ZnO nanoparticles. The synthesis process of ZnO nanoparticles so far is not environmentally friendly and the physical and chemical parameters must be examined in order to produce good ZnO nanoparticles resulting in large DSSC efficiency. This study aims to determine the functional groups of Cucurbita moschata pumpkin peel extract, determine the characteristics of ZnO nanoparticles and determine the efficiency of ZnO semiconductors using mangosteen fruit extract dye. Zn(CH3COO)2.2H2O precursor with a concentration of 0.15 M at various pH values 7, 8, and 9 was reacted with pumpkin skin extract. Pumpkin skin extract was characterized using Fourier Transform Infrared (FTIR). ZnO nanoparticles were determined by phase type and crystal size using X-Ray Diffraction (XRD) and particle distribution morphology and particle size using a Transmission Electron Microscope (TEM). The biosynthetic sample was applied to DSSC as a semiconductor. FTIR results show the existence of functional groups and compounds that act as stabilizing and reducing agents such as proteins, carbohydrates and OH groups. XRD results show that ZnO has a hexagonal crystal system and the smallest crystal size is 18.99 nm. TEM showed that ZnO concentration of 0.15 M at pH 8 had a spherical particle shape with a particle size of 24.90 nm. Meanwhile, the DSSC produces an efficiency of 9.06 10-4%.
Keywords: Biosynthesis, Cucurbita moschata, ZnO Nanoparticles, Dye Sensitization Solar Cells (DSSC), stabilizing agents.
viii
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrohmaanirraohim
Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi. Shalawat serta salam selalu tercurah limpahkan kepada Nabi Muhammad Shallallahu’alaihi wasallam serta kepada kerluarga, sahabat dan pengikutnya sampai akhir zaman. Alhamdulillah penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul “Biosintesis dan Karakterisasi Nanopartikel ZnO Menggunakan Ekstrak Kulit Labu Kuning (Cucurbita moschata) dan Aplikasinya pada Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)”.
Penulis menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari bantuan banyak pihak, sehingga pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Nanda Saridewi, M.Si selaku Pembimbing I yang telah meluangkan waktu dan tenaga memberikan bimbingan, pengarahan, dan pengetahuan dalam menyelesaikan skripsi.
2. Isalmi Aziz, M.T selaku Pembimbing II yang telah meluangkan waktu dan tenaga memberikan bimbingan dan saran dalam menyelesaikan skripsi.
3. Nurhasni, M.Si selaku penguji I dan Dr. Siti Nurbayti, M.Si selaku penguji II 4. Dr. La Ode Sumarlin, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Islam Negri Syarif Hidayatullah Jakarta.
5. Ir. Nashrul Hakiem, Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negri Syarif Hidayatullah Jakarta.
ix
6. Kedua orang tua serta keluarga tercinta yang telah memberikan nasihat dan do’a kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi.
7. Teman-teman tercinta yang telah berbesar hati meluangkan waktunya untuk senantiasa mendukung dan mengingatkan penulis dikala lengah.
8. Segenap dosen Program Studi Kimia yang telah mengajarkan ilmu pengetahuan dan ilmu hidup dengan ikhlas kepada penulis.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca.
Pandeglang, 26 Maret 2021
x DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... xii
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 6
1.3 Hipotesis ... 6
1.4 Tujuan Penelitian ... 7
1.5 Manfaat Penelitian ... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8
2.1 Tanaman Labu Kuning ... 8
2.2 Nanopartikel Seng Oksida (ZnO) ... 10
2.3 Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ... 11
2.5 Fourier Transform InfraRed (FTIR) ... 15
2.6 X-Ray Diffraction (XRD) ... 17
2.7 Transmission Electron Microscopy (TEM) ... 18
BAB III METODE PENELITIAN ... 20
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 20
3.2 Alat dan Bahan ... 20
3.3 Prosedur Kerja ... 21
3.3.1 Skema Penelitian ... 21
xi
3.3.2 Ekstraksi simplisia (Azizi et al., 2014) ... 22
3.3.3 Biosintesis nanopartikel ZnO (Nurbayasari et al., 2017) ... 22
3.3.4 Analisis Gugus Fungsi Nanopartikel ZnO Menggunakan Instrumen FTIR (ASTM D-6348-03; Vimala et al., 2014) ... 23
3.3.5 Penentuan Jenis Fasa dan Ukuran Kristal dengan Instrumen XRD (ASTM D3906-03) ... 23
3.3.6 Identifikasi morfologi permukaan dengan instrumen TEM (ASTM D3849-14) ... 24
3.3.7 Pengujian Efisiensi Material Semikonduktor Nanopartikel ZnO pada DSSC (Maryani et al., 2012) ... 24
BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26
4.1 Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Kulit Labu Kuning (Cucurbita moschata) Menggunakan FTIR ... 26
4.2 Hasil Biosintesis Nanopartikel ZnO ... 28
4.3 Hasil Karakterisasi Nanopartikel ZnO Menggunakan XRD ... 31
4.4 Hasil Morfologi Permukaan Nanopartikel ZnO Menggunakan TEM ... 35
4.5 Hasil Penentuan Efisiensi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ... 37
BAB V PENUTUP ... 41
5.1 Simpulan ... 41
5.2 Saran ... 41
DAFTAR PUSTAKA ... 42
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Ukuran kristal dan struktur kristal pada pH 7, 8, dan 9... 33
Tabel 2. Hasil uji TEM ... 60
Tabel 3. Pengukuran Arus (I) dan Tegangan (V) ... 62
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Buah labu kuning ... 8
Gambar 2. Struktur kristal ZnO: (a) kubik rocksalt, (b) zinc blende, (c) wurtzite . 10 Gambar 3. Prinsip kerja DSSC ... 12
Gambar 4. Mekanisme pembentukan nanopartikel ZnO ... 14
Gambar 5. Skema prinsip kerja FTIR ... 16
Gambar 6. Skema prinsip kerja XRD ... 17
Gambar 7. Skema prinsip kerja TEM ... 19
Gambar 8. Skema penelitian ... 21
Gambar 9. Data hasil FTIR ekstrak kulit labu kuning ... 26
Gambar 10. Pola XRD nanopartikel ZnO pada pH 7, 8 dan 9 ... 31
Gambar 11. Distribusi ukuran nanopartikel ZnO hasil uji TEM ... 35
Gambar 12. Kurva hubungan I-V ... 38
Gambar 13. Sampel kulit labu kuning Cucurbita moschata kering ... 51
Gambar 14. Proses penghalusan kulit labu kuning Cucurbita moschata ... 51
Gambar 15. Proses ekstraksi kulit labu kuning Cucurbita moschata ... 52
Gambar 16. Proses biosintesis kulit labu kuning Cucurbita moschata ... 52
Gambar 17. Sol-gel hasil biosintesis kulit labu kuning Cucurbita moschata ... 53
Gambar 18. Proses sentrifugasi hasil biosintesis kulit labu kuning ... 53
Gambar 19. Proses pemanasan dengan furnace ekstraksi kulit labu kuning ... 54
Gambar 20. Nanopartikel ZnO hasil biosintesis ... 54
Gambar 21. DSSC ... 55
Gambar 22. Spektrum hasil analisis FTIR ... 56
Gambar 23. Spektrum hasil analisis XRD sampel pH 7... 58
xiv
Gambar 25. Spektrum hasil analisis XRD sampel pH 9... 59 Gambar 26. Hasil uji TEM dan analisis menggunakan image j ... 60
xv LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan pembuatan larutan ... 50
Lampiran 2.Foto penelitian ... 51
Lampiran 3. Hasil pengujian FTIR ... 56
Lampiran 4. Hasil pengujian XRD dan perhitungan ukuran partikel ... 57
Lampiran 5. Hasil uji TEM ... 60
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini penggunaan energi dari fosil mulai diminimalisir, karena pasokan cadangan bahan bakarnya cenderung menurun. Menurut Kementerian ESDM (2015) dan ESDM (2016), cadangan minyak bumi Indonesia per-1 Januari 2015 mengalami penurunan sebesar 1,2 % dibandingkan tahun sebelumnya yakni 3,70 miliar barel dan akan habis 13 tahun kedepan. Di sisi lain, konsumsi minyak bumi mengalami peningkatan. Berdasarkan outlook Kementerian ESDM tahun 2016, kebutuhan energi pada tahun 2015 sebesar 876,594 SBM, diperkirakan pertumbuhan kebutuhan energi pada tahun 2025 meningkat 1,8 kali lipat dari tahun 2015 dan pada tahun 2050 meningkat menjadi 5,5 kali lipat.
Energi alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti fosil adalah energi yang bersumber dari matahari. Di Indonesia potensi sumber daya energi matahari sekitar 4,8 kWh/m2 per-hari atau sebanding dengan 112 ribu GWp (ESDM, 2016). Sel surya merupakan alat yang dapat mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik dan telah mengalami banyak perkembangan, dimulai dari sel surya silikon, sel surya film tipis (thin film
solar cell) dan dye sensitized solar cell (DSSC). DSSC merupakan sel surya yang
lebih baik diantara ketiganya karena menghasilkan energi listrik besar dengan biaya murah dan memiliki efisiensi tinggi melalui pembuatan sel surya polimer atau disebut dengan sel surya organik (Adam et al., 2019).
2
DSSC mengandung material semikonduktor yang berfungsi sebagai pembawa muatan dari cahaya matahari, sedangkan dye sebagai penyerap cahayanya. Dye yang digunakan adalah ekstrak kulit manggis. Maulina et al (2014) menyatakan bahwa dye anto-sianin kulit buah manggis (Garcinia
Mangostana L) menghasilkan efisiensi DSSC cukup besar yaitu 0,592 %.
ZnO dapat dijadikan material semikonduktor karena menunjukkan sifat-sifat optik dan kelistrikan yang baik sehingga memiliki potensi aplikasi yang baik dalam bidang elektronik, optoelektronik, dan sensor. ZnO sebagai material semikonduktor memiliki stabilitas kimia dan termal yang tinggi serta memiliki nilai energi celah pita yang cukup besar yaitu 3,37 eV. Dengan besarnya nilai tersebut besar pula muatan energi foton dari cahaya matahari yang akan diserap oleh DSSC. Sintesis nanopartikel ZnO berperan memperkecil ukuran semikonduktor pada DSSC. Adanya efek ukuran yang dinamakan quantum size
effect dapat memperluas aplikasi nanomaterial. Dimana dengan semakin kecilnya
ukuran partikel akan memperbesar nilai energi celah pita sehingga dengan demikian dapat meningkatkan efisiensi sel surya organik atau DSSC (Gratzel, 2003; Ramahdita, 2011; Vaseem et al., 2010).
Sintesis nanopartikel ZnO dapat dilakukan dengan metode fisika dan kimia. Metode fisika yang umum digunakan antara lain ball mill, laser ablation,
dan physical vapor deposition (PVD). Metode-metode tersebut memerlukan alat
yang cukup mahal dan menghasilkan ukuran dan bentuk partikel yang terbatas (Yadav, 2015). Metode kimia yang umum digunakan antara lain metode sol-gel, mikroemulsi dan presipitasi. Metode sol-gel cukup baik dalam menghasilkan partikel berukuran nano. Afia (2018) mensintesis ZnO:Zr dengan variasi pelarut
3
yang berbeda (H2O, metanol, propanol, isopropanol) menghasilkan ukuran partikel antara 45-126 nm. Selain itu kelebihan dari metode ini adalah homogenitas yang lebih baik, kemurnian yang tinggi dan proses pembentukan kristalinitas cepat.
Surfaktan umumnya digunakan sebagai agen penstabil dalam sintesis dalam metode sol-gel. Wang et al. (2002) menggunakan surfaktan CTAB (Cetyl
Trimethyl Ammonium Bromide) untuk mengontrol ukuran nanopartikel ZnO. Li et
al. (2005) mensintesis ZnO dengan pelarut NaDS (Natrium Dodecyl Sulfate) dan surfaktan TEA (Trietanolamina). Metode-metode tersebut memerlukan waktu yang cukup lama, energi yang besar, dan penggunaan bahan kimia yang kurang ramah lingkungan (Ismaili et al., 2005; Li et al., 2009; Ristic et al., 2005; Wang et al., 2002).
Pendekatan secara biologi melalui ekstrak tanaman sebagai agen penstabil/surfaktan dapat digunakan pada sintesis nanopartikel ZnO agar diperoleh karakteristik dan ukuran nanopartikel ZnO yang baik. Pada proses biosintesis organisme yang berperan cukup banyak antara lain, yeast, fungi, bakteria, diatom, mikroalga, cyanobakteria, dan ekstrak tanaman (Asmathunisha dan Kathiresan, 2012; Iravani, 2011; Kharissova et al., 2013; Mittal et al., 2013; Sharma, 2015).
Senyawa pada organisme tersebut yang berperan sebagai stabilisator,
capping agent sekaligus reduktor pada biosintesis nanopartikel ZnO antara lain
seperti vitamin, protein, asam lemak, mineral, asam amino, polisakarida sulfat, enzim, asam organik seperti asam sitrat. Senyawa lain juga yang berperan seperti senyawa karbohidrat, fenolik, flavonoid, terpenoid, flavonon, fenolik, polifenol,
4
tanin, alkaloid, amina, amida, gugus pigmen, karbonil (Asmathunisha, 2012; Madhumita et al., 2016; Mittal et al., 2013; Iravani, 2011).
Biosintesis nanopartikel ZnO sudah banyak dilakukan. Beberapa penelitian yang telah berhasil diantaranya menggunakan ekstrak tanaman
Camellian sinensis (daun teh) menghasilkan nanopartikel ZnO berukuran rata-rata
16 nm berbentuk hexagonal (Senthilkumar, 2014). Menggunakan ekstrak buah
Borassur flabellifer menghasilkan nanopartikel berukuran rata-rata 55 nm
berbentuk rod (Vimala et al., 2012). Menggunakan ekstrak Sargassum muticum mensintesis nanopartikel ZnO berbentuk spherical dengan ukuran partikel 30-57 nm (Azizi et al., 2014) dan Nurbayasari et al. (2017) telah berhasil melakukan biosintesis nanopartikel ZnO dengan menggunakan ekstrak rumput laut hijau
Caulerpa sp. dimana ukuran partikel rata-rata 370,72 nm.
Allah SWT berfirman dalam Al-Qur’an Surat Al-An’am ayat 99:
َوُه َو
لٱ
ىِذ
َزنَأ
َل
َن ِم
لٱ
س
َم
ِء ا
ء اَم
اَنْج َرْخَأَف
ۦِهِب
َتاَبَن
ِ لُك
َش
ءْى
َأَف
ْخ
اَنْج َر
ُهْن ِم
ا ر ِضَخ
ُج ِرْخُّن
ُهْن ِم
اًّبَح
ُّم
ا بِكا َرَت
ِم َو
َن
ِلْخ نلٱ
ن ِم
اَهِعْلَط
نا َوْنِق
ةَيِناَد
تَّٰ نَج َو
ْنِ م
باَنْعَأ
َنوُتْي زلٱ َو
ُّرلٱ َو
َنا م
ُم
ا هِبَتْش
َو
َرْيَغ
َتُم
ََّٰش
هِب
ۗ
ا و ُرُظنٱ
َّٰىَلِإ
ۦِهِرَمَث
َذِإ
ا
َمْثَأ
َر
َو
ْنَي
ِع
ۦِه
ۚ
نِإ
ىِف
ْمُكِلََّٰذ
تََّٰياَءَل
م ْوَقِ ل
ُي
َنوُنِم ْؤ
Artinya: Dan Dialah yang menurunkan air hujan dari langit, lalu Kami tumbuhkan dengan air itu segala macam tumbuh-tumbuhan maka Kami keluarkan dari tumbuh-tumbuhan itu tanaman yang menghijau. Kami keluarkan dari tanaman yang menghijau itu butir yang banyak; dan dari mayang korma mengurai tangkai-tangkai yang menjulai, dan kebun-kebun anggur, dan (Kami keluarkan pula) zaitun dan delima yang serupa dan yang tidak serupa. Perhatikanlah buahnya di waktu pohonnya berbuah dan (perhatikan pulalah) kematangannya. Sesungguhnya pada yang demikian itu ada tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi orang-orang yang beriman.
5
Ayat ini menjelaskan bahwa Allah SWT telah menurunkan air hujan, dengan air hujan tersebut Allah SWT menumbuhkan tumbuh-tumbuhan dan buah-buahan untuk menunjukan tanda-tanda kebesarannya, seluruh jenisnya memiliki manfaat dan fungsi yang beragam. Manusia hendaknya memperhatikan dan mengambil pelajaran terhadap tanda-tanda kebesaran Allah SWT tersebut. Kulit buah labu kuning memiliki banyak manfaat karena didalamnya terdapat senyawa-senyawa yang dapat dipergunakan untuk kebutuhan hidup manusia. Dalam upaya mencari tanda-tanda kebesaran Allah SWT tersebut.
Pemanfaatan buah labu kuning saat ini sebagian besar masih terbatas pada skala rumah tangga. Kulit labu kuning dianggap hanya sebagai sampah yang tidak dapat dikonsumsi. Penelitian-penelitian terhadap kulit labu kuning sangat jarang dilakukan padahal kulit labu kuning banyak mengandung karbohidrat, gula dan protein (Abdella, 2008). Penelitian terkait biosintesis nanopartikel ZnO menggunakan ekstrak tanaman belum banyak dilaporkan di Indonesia. Hal tersebut dikarenakan selama ini masih harus diteliti parameter fisika kimianya. Parameter tersebut diantaranya adalah variasi pH. Menurut Nurbayasari et al. (2017) kondisi pH yang baik untuk biosintesis nanopartikel ZnO adalah pada konsentrasi prekursor Zn(CH3COO)2.2H2O 0,15 M pada pH 8. Tamtowi (2020) telah melakukan penelitian biosintesis nanopartikel ZnO menggunakan ekstrak biji labu kuning dengan variasi konsentrasi prekursor 0,15, 0,05 dan 0,1 M. Menemukan bahwa konsentrasi prekursor yang optimal dalam pembentukan nanopartikel ZnO terdapat pada Zn(CH3COO)2.2H2O konsentrasi 0,15 M. Sehingga konsentrasi tersebut dipilih sebagai acuan pada penelitian ini dan dilakukan variasi pH 7, 8, dan 9.
6
Berdasarkan uraian diatas maka dilakukan penelitian ini yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi pH 7, 8 dan 9 terhadap pembentukan nanopartikel ZnO menggunakan ekstrak kulit labu kuning dengan metode sol-gel dan efisiensi yang dihasilkan. Ekstrak kulit labu kuning dikarakterisasi menggunakan FTIR untuk mengetahui gugus fungsinya, nanopartikel ZnO dikarakterisasi dengan XRD untuk mengetahui kristalinitas dan ukuran kristalnya, serta TEM untuk mengetahui morfologi dan ukuran partikel ZnO. Nanopartikel ZnO kemudian diaplikasikan sebagai semikonduktor pada Dye Sensitized Solar
Cell (DSSC).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian diatas, rumusan masalah yang diajukan adalah :
1. Gugus fungsi apakah yang terdapat pada ekstrak kulit labu kuning (Cucurbita moschata)?
2. Bagaimana karakteristik nanopartikel ZnO yang dihasilkan melalui metode sol-gel?
3. Bagaimana efisiensi semikonduktor ZnO yang dihasilkan pada perangkat DSSC?
1.3 Hipotesis
1. Gugus fungsi gugus yang terdapat pada ekstrak kulit labu kuning (Cucurbita moschata) adalah gugus fungsi O-H hidroksi, CH2, amida sekunder (R-CO-NR2, C-H dan posfat (PO43-).
2. Karakteristik nanopartikel yang dihasilkan melalui metode sol-gel cukup baik.
7
3. Efisiensi semikonduktor ZnO yang dihasilkan pada perangkat DSSC cukup baik.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Menentukan gugus fungsi yang terdapat pada ekstrak kulit labu kuning (Cucurbita moschata).
2. Menentukan karakteristik nanopartikel ZnO terbaik yang dihasilkan pada metode sol-gel.
3. Menentukan efisiensi semikonduktor ZnO yang dihasilkan pada perangkat DSSC.
1.5 Manfaat Penelitian
Manafaat dari penelitian ini adalah memberikan informasi ekstrak tanaman sebagai agen penstabil dan variasi pH yang sesuai dalam pembentukan nanopartikel ZnO, sekaligus meningkatkan nilai manfaat limbah kulit labu kuning sebagai campuran material semikonduktor pada Dye Sensitized Solar Cell
8 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Labu Kuning
Tanaman labu kuning merupakan jenis tanaman sayuran yang menjalar dan banyak ditemukan di Indonesia. Tanaman tersebut berasal dari famili
Cucurbitaceae, serumpun dengan tanaman semangka, timun, melon, dan blewah.
Labu kuning (Cucurbita moschata) dikenal dengan sebutan Waluh (Jawa Tengah), labu parang (Jawa Barat), pumpkin (Inggris) (Suprapti, 2005). Labu kuning sangat baik untuk kesehatan tubuh karena terdapat kandungan betakaroten yang bermanfaat untuk pertumbuhan, pemeliharaan jaringan tubuh, penglihatan, reproduksi, perkembangan janin serta mengurangi resiko timbulnya penyakit kanker hati (Keller, 2001).
Gambar 1. Buah labu kuning (https://www.khasiatsehat.com) Buah labu kuning memiliki kulit sangat keras dan tebal, sehingga mampu berfungsi sebagai penghalang keluarnya air melalui penguapan, laju respirasi, maupun masuknya udara penyebab proses oksidasi. Hal ini yang menyebabkan labu kuning menjadi tahan lama atau awet dibanding buah-buahan lainnya. Tahan
9
lamanya dapat mencapai 6 bulan atau lebih, tergantung pada cara penyimpanannya. Kulitnya juga mengandung polisakarida yaitu 4,05% dan 0,25% pektin, juga dalam komposisi per-100 gram mengandung 96,02% air, 4,06% karbohidrat, 1,64% protein dan 3,33% gula total (Abdella, 2008). Gambar 1 menunjukan daging buahnya berwarna kuning/oranye dan banyak mengandung karbohidrat. Bagian tengah buah labu kuning memiliki biji berbentuk pipih kedua ujungnya meruncing dan berlendir. Labu kuning mempunyai klasifikasi sebagai berikut:
Divisi : Mongnoliophyta/ Spermatophyta (berbunga)
Subdivisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyledo nae (berkeping dua)
Ordo : Cucurbitales
Famili : Cucurbitaceae
Genus : Cucurbita
Spesies : cucurbita moschata durch
(Arief , 2009)
Labu kuning tua dapat diolah sebagai makanan tradisional yang dikenal dengan jenang, kolak, dawet, lepet, dodol dan lain lain. Getah dan daging buahnya digunakan sebagai obat gigitan serangga berbisa dan air perasan buahnya dipercaya dapat mengobati luka akibat racun binatang, selain itu bijinya dapat digunakan sebagai agen penstabil/surfaktan pada sintesis nanopartikel ZnO, dan kulitnya digunakan sebagai bioplastik. (Suprapti, 2005; Tamtowi, 2020).
10 2.2 Nanopartikel Seng Oksida (ZnO)
Nanopartikel adalah partikel dengan ukuran 1-100 nm. Materi pada skala ukuran ini, memiliki sifat kimia, fisika dan biologi yang berbeda-beda sebagai molekul/atom tunggal (Nagarajan dan Hatton, 2008). Nanopartikel umumnya banyak dimanfaatkan pada peralatan kesehatan, bidang lingkungan, biomedis, pangan, pertanian, tekstil, elektronika, industri, serta energi (Tsuzuki, 2009).
Seng oksida adalah komponen anorganik dengan rumus kimia ZnO, dan merupakan senyawa semikonduktor paduan golongan II dan VI yaitu antara logam dan oksida yang memiliki sifat elektronik dan fotonik yang baik karena memiliki stabilitas termal yang baik, energi celah pita (band gap) cukup besar yaitu 3,37 eV pada suhu kamar, dan energi ikat eksiton yang besar (60 meV). Seng oksida mengkristal dalam tiga fasa yaitu heksagonal wurtzite, kubik rocksalt dan zink blende. Gambar 2 menunjukan struktur-struktur keristal ZnO.
(a) (b) (c)
Gambar 2. Struktur kristal ZnO: (a) kubik rocksalt, (b) zinc blende, (c) wurtzite (Sirelkhatim et al., 2015).
Gambar 2 memperlihatkan tiga bentuk struktur kristal dari ZnO. Struktur
wurtzite berupa heksagonal close-packed yang tiap atom seng dikelilingi oleh 4
11
bentuk 1 dimensi 1D, 2D dan 3D. Bentuk 1D yang lebih mendominasi yaitu
nanorods, nanoneedles, nanotubes, nanoheliks, nanorings, nanowires, dan nanosprings. Nanopartikel bentuk 2D yaitu nanosheet dan nanopellet, sedangkan
pada bentuk 3D yaitu berstruktur flower, dandelion, snowflakes (Kolodziejczak et al., 2014). ZnO adalah suatu material semikonduktor yang paling menjanjikan karena telah berhasil disintesis dan menghasilkan partikel berukuran nano juga memiliki sifat optik, listrik dan piezoelectric yang baik. Adanya efek ukuran yang dinamakan quantum size effect dapat memperluas aplikasi nanomaterial dimana dengan semakin kecilnya ukuran partikel akan memperbesar nilai energi celah pita sehingga dengan demikian dapat meningkatkan efisiensi sel surya organik. Selain digunakan pada sel surya, ZnO juga dapat berfungsi sebagai elektroluminisens, nano material dan laser untuk piranti pemancar ultraviolet (Azizi et al., 2014; Gratzel, 2003; Masuda, 2008).
2.3 Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Sel surya adalah peralatan yang dapat mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik dan telah mengalami banyak perkembangan mulai dari generasi pertama yaitu sel surya silikon, sel surya film tipis (thin film solar cell) dan Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). Sel surya silikon memiliki efisiensi yang cukup tinggi, namun biaya produksinya mahal. Sel surya generasi kedua yaitu sel surya film tipis adalah modifikasi dari sel surya generasi pertama, sel surya jenis ini memiliki biaya produksi lebih murah jika dibandingkan sel surya silikon, namun efisiensinya lebih rendah, generasi ketiga yaitu Dye Sensitized Solar Cell
12
listrik tinggi dan dengan biaya yang murah melalui pembuatan sel surya polimer atau dinamakan dengan sel surya organik (Richhariyaa et al., 2017).
DSSC terdiri dari dua keping kaca TCO (Transparent Conducting Oxide), keping kaca TCO yang pertama sebagai elektroda kerja yang dideposisikan pasta material semikonduktor tersensitasi zat warna (dye), material semikonduktor berfungsi sebagai transport pembawa muatan sedangkan dye berfungsi sebagai penyerap cahaya. Keping kaca TCO yang kedua sebagai elektroda lawan yang dilapisi karbon. Kedua elektroda tersebut dirangkai mengapit elektrolit yang umum digunakan berupa iodide/triiodide (I-/I3-) (Gratzel, 2003).
Gambar 3. Prinsip kerja DSSC (Eli et al., 2016)
Gambar 3 menunjukan prinsip kerja DSSC menggunakan ZnO/TiO2 sebagai material semikonduktor.
1. Ketika foton dari sinar matahari menimpa elektroda kerja pada DSSC, energi foton tersebut diserap oleh larutan dye yang melekat pada permukaan partikel ZnO/TiO2. Sehingga elektron dari dye mendapatkan energi untuk dapat tereksitasi (D*).
13
2. Elektron yang tereksitasi dari molekul dye tersebut akan diinjeksikan ke pita konduksi ZnO/TiO2 yang bertindak sebagai kolektor/akseptor elektron. Molekul dye yang ditinggalkan kemudian dalam keadaan teroksidasi (D+).
D∗ + ZnO/TiO
2 → (ZnO/TiO2) + D+……....………...(2) 3. Kemudian akan ditransfer melewati rangkaian luar menuju elektroda
pembanding (elektroda karbon).
4. Elektrolit redoks umumnya berupa pasangan iodine dan triiodide I-/I3- yang bertindak sebagai mediator elektron sehingga dapat menghasilkan proses siklus dalam sel. Triiodida dari elektrolit yang terbentuk akan bertindak sebagai akseptor elektron yang berasal dari rangkaian luar dengan bantuan molekul karbon sebagai katalis.
5. Elektron yang tereksitasi masuk kembali ke dalam sel dan bereaksi dengan elektrolit menuju dye teroksidasi. Sehingga dye kembali ke keadaan awal dengan persamaan reaksi:
D+ + e − (elektrolit) → elektrolit + D………..(3) Tegangan yang dihasilkan oleh DSSC bersumber dari perbedaan tingkat energi konduksi elektroda semikonduktor TiO2/ZnO dengan potensial elektrokimia pasangan elektrolit redoks I-/I3-. Sedangkan arus yang dihasilkan dari sel surya ini terkait dalam proses konversi dan bergantung pada intensitas penyinaran serta kinerja dye yang dipakai (Kumara et al., 2012).
2.4 Biosintesis Nanopartikel Melalui Metode Sol-gel
Saat ini metode biosintesis nanopartikel sedang berkembang dan menjadi metode alternatif untuk menghasilkan partikel berukuran nano yang ramah
14
lingkungan. Biosintesis nanopartikel dapat melalui berbagai metode salah satunya adalah metode sol-gel. Metode sol-gel adalah proses pembentukan senyawa kimia anorganik dimana terjadi perubahan fasa dari suspensi koloid (sol) kepada pembentukan fasa cair kontinyu (gel). Prinsip yang digunakan pada metode ini adalah membuat partikel koloid dengan cara menambahkan agen penstabil/surfaktan yang akan mendeaktivasi pertumbuhan koloid dan melindungi permukaan koloid (Soderlind, 2008). Istilah biosintesis digunakan karena metode sintesisnya melalui pendekatan biologi menggunakan organisme seperti
cyanobakteria, bakteria, yeast, fungi, diatoms, mikroalga, makroalga, dan ekstrak
tanaman. Organisme-organisme tersebut dapat digunakan karena memiliki kemampuan sebagai agen penstabil/surfaktan sekaligus sebagai agen pereduksi. (Asmathunisha, 2012; Iravani, 2011; Kharissova et al., 2013; Nurbayasari et al., 2017; Mittal et al., 2013; Sharma, 2015).
Gambar 4. Mekanisme pembentukan nanopartikel ZnO (Nurbayasari et al., 2017).
Gambar 4 menjelaskan tentang biosintesis nanopartikel ZnO melalui metode sol-gel. Ekstrak tanaman yang digunakan pada pembentukan nanopartikel dapat berperan sebagai agen penstabil dimana gugus-gugus fungsi dari komponen biologi ekstrak tanaman tersebut berinteraksi dengan permukaan zink dan
15
menyelubungi kluster Zn yang terbentuk atau biasa disebut ‘capping’ sehingga tidak terjadi agregasi antar kluster Zn dan membentuk nanopartikel ZnO yang stabil. Gugus hidroksi juga turut berperan untuk mengikat kluster Zn sehingga permukaan partikel diselimuti oleh ion-ion yang bermuatan negatif yang menyebabkan adanya gaya tolak-menolak antar muatan sejenis sehingga mencegah terjadinya agregasi antar nanopartikel (Tournebize et al., 2012). Senyawa ekstrak tanaman yang berperan dalam pembentukan nanopartikel adalah vitamin, protein, asam lemak, mineral, asam amino, polisakarida sulfat, enzim, asam organik seperti asam sitrat, senyawa metabolit sekunder seperti senyawa karbohidrat, fenolik, flavonoid, terpenoid, flavonon, fenolik, polifenol, tanin, alkaloid, amina, amida, gugus pigmen, karbonil dan masih banyak agen penstabil dan pereduksi lainnya (Asmathunisha, 2012; Madhumita et al., 2016; Mittal et al., 2013; Iravani, 2011).
2.5 Fourier Transform InfraRed (FTIR)
FTIR merupakan spektroskopi yang berfungsi untuk menentukan adanya gugus-gugus fungsional utama dalam suatu sampel yang diketahui berdasarkan bilangan gelombang yang dibutuhkan untuk vibrasi. FTIR menggunakan sinar inframerah dengan panjang gelombang 600-4000 cm-1 sehingga energinya lebih rendah dibandingkan UV-Vis. Sinar infra merah dapat menyebabkan vibrasi (getaran) pada ikatan berupa rentangan (stretching) maupun bengkokan (bending). Setiap molekul memiliki spektra IR yang spesifik dan dikenal sebagai daerah sidik jari. Umumnya spektra IR banyak digunakan untuk mengetahui gugus fungsi yang spesifik seperti alkena (C=C), alkuna (C≡C), karbonil (C=O), hidroksi (-OH), amina (-NH) dan lain-lain (Sitorus, 2009).
16
Di daerah 2000-400 cm-1 tiap senyawa organik memiliki absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering dinamakan sebagai daerah sidik jari (fingerprint
region). Daerah ini menunjukkan absorbsi yang berasal dari vibrasi sangat rumit,
karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut. Gugus karbonil yang teroksidasi terlihat pada bilangan gelombang 1720-1710 cm-1 yang termasuk dari wilayah daerah infra merah pertengahan.
Gambar 5. Skema prinsip kerja FTIR (https://www.slideshare.net) Gambar 5 menjelaskan skema kerja spektroskopi inframerah, sampel dilakukan scaning, yang berarti sinar inframerah akan ditembakan pada sampel, sinar inframerah tersebuat ada yang dipantulkan dan ada yang diteruskan, sinar yang diteruskan oleh sampel akan ditangkap oleh detektor yang terhubung ke komputer, kemudian komputer akan memberikan gambaran spektrum sampel yang diuji. Struktur kimia, bentuk ikatan molekul dan gugus fungsional tertentu, sampel yang diuji menjadi dasar bentuk spektrum yang akan diperoleh dari hasil analisis. Dengan demikian alat ini dapat digunakan untuk pengujian secara kualitatif dan kuantitatif. Umumnya analisis spektrofotometri inframerah memiliki dua kelebihan utama diantaranya yaitu:
17
a. Dapat diaplikasikan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat dari pada memakai cara pemindaian atau sekuensial.
b. Sensitifitas dari metoda spektroskopi Fourier Transform Infrared lebih tinggi dari metode dispersi, karena radiasi yang memasuki detector system lebih banyak sebab tanpa harus melalui celah.
2.6 X-Ray Diffraction (XRD)
XRD merupakan metode karakterisasi yang digunakan untuk mengidentifikasi fase kristalin dari suatu material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta mendapatkan ukuran kristal. XRD dapat digunakan untuk mengetahui jenis atom, susunan kristal dan cacat kristal. Instrumen XRD juga dapat membedakan antara material yang bersifat kristal dan bersifat amorf. Pola difraksi yang khas akan dicocokan dengan bank data JCPDS/ICDD (Vitalij & Peter, 2009).
Gambar 6. Skema prinsip kerja XRD (Robert et al., 2012)
Pada Gambar 6, ditunjukkan skema kerja dari alat spektroskopi XRD. Seberkas sinar-X terarah jatuh pada kristal dengan sudut θ dan sebuah detektor
18
diletakan untuk mencatat sinar yang sudut hamburannya sebesar θ. Ketika θ diubah, detektor akan mencatat puncak intensitas yang bersesuaian dengan orden yang akan divisualisasikan dalam difraktogram.
Prinsip dasar dari XRD yaitu hamburan elektron yang mengenai permukaan kristal. Apabila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian kristal akan diteruskan ke lapisan berikutnya. Sinar yang dihamburkan tersebut akan berinterferensi secara konstruktif dan destruktif. Hamburan sinar yang berinterferensi konstruktif inilah yang digunakan sebagai analisis. Prinsip dasar yang digunakan untuk menentukan sistem kristal menggunakan persamaan hukum Bragg (Kittel, 2005).
2.7 Transmission Electron Microscopy (TEM)
Transmission Electron Microscopy (TEM) merupakan instrumen untuk
menentukan morfologi partikel dan distribusi ukuran samapel. Prinsip kerja TEM secara fisis memiliki kesamaan dengan mikroskop cahaya, perbedaannya terletak pada sumber cahaya yang digunakan. TEM menggunakan elektron sebagai sumber cahaya yang memiliki resolusi sebesar 0,1 nm. Berdasarkan sumber cahaya yang digunakan tersebut, TEM memiliki kesamaan dengan SEM, namun perbedaannya terletak pada penembakkan sampel. Pada SEM, elektron hanya menumbuk sampel dan hasil pendaran tersebut yang ditangkap oleh detektor. Sedangkan pada TEM, sampel disiapkan dengan sangat tipis sehingga elektron dapat menembusnya dan diolah menjadi gambar (Rosenauer, 2003).
19
Gambar 7. Skema prinsip kerja TEM (Woodford, 2017).
Gambar 7 menjelaskan skema kerja TEM. Bermula dari elektron yang ditembakan dipercepat dengan menggunakan energi tinggi sebesar 300 eV hingga pada daerah vakum, elektron tersebut berperilaku seperti cahaya cahaya yaitu bergerak lurus dan memiliki sifat seperti gelombang dengan panjang gelombang 100.000 kali lebih pendek dari pada cahaya tampak. Selanjutnya elektron melalui susunan system optic yang menggunakan kumparan lensa yang terbuat dari magnet. Elektron akan menembus material sampel dan akan menyebar, jarak fokus elektron dapat disesuaikan dengan mengatur arus kumparan lensa, lensa elektromagnetik canggih akan memfokuskan elektron yang tersebar dan akan menghasilkan citra atau gambar dari sampel. Gambar sampel yang tampil dapat memberikan informasi ukuran kuantitas baik diperbesar dalam ukuran mikro atau nano (Beniac et al., 2010; Hofer, 2014).
20 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dimulai pada September 2019 hingga September 2020 di Laboratorium Kimia Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) dan Lab Pengujian ITB.
3.2. Alat dan Bahan
Pada penelitian ini menggunakan peralatan antara lain peralatan gelas, indikator pH, hot plate, thermometer, sentrifuge, timbangan analitik, cawan porselen, lumpang dan alu, furnace, blander, oven, dan magnetic stirrer. Peralatana instrumen untuk karakterisasi dan analisa meliputi: X-ray Diffraction
(XRD) Shimadzu XRD-7000 Maxima. Fourier Transform Infrared (FT-IR) Alpha
II dan Transmission Electron Microscopy (TEM).
Bahan utama yang digunakan pada penelitian adalah kulit labu kuning
Cucurbita moschata segar yang didapat dari pasar Ciputat Tanggerang Selatan
dan serbuk ekstrak kulit buah manggis. Zn(CH3COO)2.2H2O, NaOH, dan akuades. Bahan kimia analisis antara lain ZnO Sigma Aldrich, etanol, dan KBr.
21 3.3 Prosedur Kerja
3.3.1 Skema Penelitian
Kulit Labu Kuning
curcubita moschata
10 g sampel
10 mL fitrat
Sampel sol-gel
1. Dikeringkan dan dihaluskan
1. Dipanaskan pada T= 100 °C dalam aquades 100 mL, t = 25
2. Disaring dengan kertas (Whatman no. 41)
1.
+ Zn(CH3COO)2.2H2O
90 mL Dilakukan Freeze dryer
Diuji FTIR
1. Dipanaskan pada penangas air pada T = 70 °C, t = 1 jam, pengadukan 4000 rpm
2. pH diatur (7, 8 dan 9) dengan NaOH 0,1 M, pengadukan 4000 rpm
1. Disentrifugasi pada T = 25 °C, t = 10 s, 4000 rpm
2. Dicuci dengan aquades 3. Dioven (T= 100 °C, 18 jam) 4. Dipanaskan (T = 450 °C, t = 4 jam) Kristal ZnO XRD TEM DSSC
22 3.3.2 Ekstraksi Simplisia (Azizi et al., 2014)
Sebanyak 10 g serbuk kulit labu kuning Cucurbita moschata kering diletakan pada gelas kimia lalu ditambah sebanyak 100 mL akuades, magnetic
stirrer diletakan dalam gelas kimia tersebut, kemudian dipanaskan dalam
penangas air pada suhu 100 °C selama 25 menit sambil diaduk konstan, kecepatan pengadukan 4000 rpm. Ekstrak disaring dengan kertas saring Whatman No. 41 (Azizi et al., 2014). Ekstrak kulit labu kuning yang didapat dibagi menjadi tiga perlakuan, perlakuan pertama adalah ekstrak kulit labu kuning digunakan untuk proses biosintesis nanopartikel ZnO, perlakuan kedua sebagian sampel disimpan dalam pendingin hingga digunakan lebih lanjut, perlakuan ketiga sebagian yang lain dikerikan dengan freeze dryer untuk diuji gugus fungsinya menggunakan FTIR.
3.3.3 Biosintesis Nanopartikel ZnO (Nurbayasari et al., 2017)
Ekstrak kulit labu kuning Curcubita moschata sebanyak 10 mL direaksikan dengan 90 mL larutan precursor Zn(CH3COO)2.2H2O 0,15 M. Campuran tersebut diletakan dalam gelas kimia yang berisi magnetic stirrer kemudian dipanaskan dalam penangas air pada suhu 70 °C selama 1 jam dengan kecepatan pengadukan 4000 rpm. Kemudian ditambahkan NaOH 0,1 M dengan variasi pH campuran 7, 8 dan 9. Produk sol-gel yang terbentuk (padat berwarna putih pucat), kemudian disentrifugasi pada suhu kamar yaitu 25 °C dengan kecepatan 4000 rpm, endapan diambil dan dicuci dengan akuades untuk menghilangkan galat, padatan dikeringkan dalam oven pada suhu 100 °C. Produk dioven pada suhu 100 °C selama 18 jam kemudian dikalsinasi dengan furnace pada suhu 450 °C selama 4 jam untuk memperoleh nanopartikel ZnO murni.
23
3.3.4 Analisis Gugus Fungsi Nanopartikel ZnO Menggunakan Instrumen FTIR (ASTM D-6348-03)
Sampel yang telah diekstrak dan dikeringkan dalam oven dianalisa gugus fungsinya menggunakan instrumen FTIR. Sampel ditimbang sebanyak 1-2 mg lalu dicampur dengan KBr sebanyak 100-200 mg kemudian sampel digerus hingga halus. Perbandingan KBr dan sampel sebesar 1:100. Sampel ditekan pada tekanan 7-8 ton dalam waktu 10-15 menit hingga terbentuk disk transparan. Disk transparan tersebut kemudian dimasukan pada instrumen FTIR untuk di-scan. Setiap disk KBr di-scan pada bilangan gelombang 500-4000 cm-1.
3.3.5 Penentuan Jenis Fasa dan Ukuran Kristal dengan Instrumen XRD (ASTM D3906-03)
Sampel ZnO 0.1 gram dihaluskan dan dipreparasi pada plat sampel. Sampel dicetak pada cetakan alumunium yang merupakan cetakan standar untuk analisis XRD berukuran 20x10 mm dan tebal 1 mm. sampel akan diuji dengan kondisi pengoperasian 40 kV dan 30 mA menggunakan radiasi monokromatik Cu Kα (λ = 1.54056 Å). Difraktogram hasil uji XRD diolah menggunakan aplikasi Match 3.0 untuk diketahui kristalinitas dari sampel. Di tentukan ukuran kristal (crystallite
size) melalui persamaan Debye Scherrer yang dirumuskan sebagai berikut :
………..…(4)
Keterangan :
D : ukuran kristal
K : faktor bentuk dari kristal (0,9)
Λ : panjang gelombang dari sinar-X (1,54056 Å)
β : nilai dari Full Width at Half Maximum (FWHM)(rad) θ : sudut difraksi (derajat)
24
3.3.6 Identifikasi Morfologi Nanopartikel ZnO dengan Instrumen TEM (ASTM D3849-14)
Sebelum diuji dengan TEM, Holey Carbon-coated TEM Grid dikeringkan pada ruangan terbuka selama 24 jam, Holey Carbon-coated TEM merupakan sebuah tempat untuk meletakan sampel yang akan dianalisa atau diuji dengan menembakan radiasi. Sampel yang telah disiapkan diteteskan pada Holey
Carbon-coated TEM dan dimasukan pada alat TEM. Sampel yang sudah terdapat dalam
TEM akan diperbesar 100000 kali dan 200000 kali. Selanjutnya sampel akan diprogram atau diubah oleh software Image J atau Origin untuk menghasilkan ukuran dan distribusi partikelnya.
3.3.7 Pengujian Efisiensi Material Semikonduktor Nanopartikel ZnO pada DSSC (Maryani et al., 2012)
Pembuatan pasta ZnO dengan mencampurkan 1 gram ZnO dengan 4 mL asam asetat, diaduk 30 menit dan ditambah triton diaduk 30 menit. DSSC dirakit terlebih dahulu sebelum dilakukan pengujian. Kaca FTO dibersihkan dengan menggunakan etanol dan dikeringkan pada suhu 100oC (15 menit). Substrat ukuran 4 x 3 cm2 dilakukan perekatan, hingga tersisa 3 x 2 cm2 ditengah substrat. Substrat dilapisi dengan pasta ZnO sampai merata. Dikeringkan dengan hotplate 30-40oC selama 1 jam. Substrat yang dilapisi pasta ZnO direndam dalam larutan zat warna (dye) berupa ekstrak kulit manggis selama 30 menit. Lapisan ZnO kemudian ditutup dengan elektroda perlawanan karbon (elektroda-n) dan dijepit pada kedua sisinya dengan struktur sandwich. Dilakukan pelapisan elektrolit gel
polyethylene glycol (PEG) disela-sela kedua elektroda yang telah dilapisi gel
25
pengukuran arus. Rangkaian pengukuran DSSC dilakukan dengan potensiometer, multimeter dan sinar matahari sebagai sumber cahaya. Perhitungan efisiensi DSSC dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
...(5)
Keterangan :
η : efisiensi
Pmax : daya yang dihasilkan dari sel
26 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Kulit Labu Kuning (Cucurbita moschata) menggunakan FTIR
Spektrum hasil FTIR ekstrak kulit labu kuning Cucurbita moschata menunjukan puncak utama pada 3156 cm-1 - 3302 cm-1, 2931 cm-1, 1560 cm-1, 1393 cm-1, 1036 cm-1. Keberadaan gugus-gugus fungsi pada pucak 3156 cm-1 mengindikasikan adanya gugus fungsi OH- (Anam et al., 2007). Menurut Song et al. (2009); Susanto et al. (2009) rentang 3200 cm-1 -3310 cm-1 menunjukkan adanya gugus O-H pada polifenol atau protein/enzim atau polisakarida/karbohidrat. Menurut Chadijah et al. (2019) pada puncak 2931 cm-1 mengindikasikan adanya CH2, menurut Puspawati et al. (2012) pada puncak 1560 cm-1 mengindikasikan adanya amida sekunder (R-CO-NR2), menurut Skoog et al. (1998) pada puncak 1393 cm-1 mengindikasikan adanya C-H dan pada puncak 1036 cm-1 mengindikasikan adanya posfat (PO43-) (Dahlan et al., 2006).
27
Data hasil FTIR pada Gambar 9 menunjukan semua gugus fungsi tersebut mengindikasikan adanya protein. Menurut Winarno (1992) protein terdiri dari unsur-unsur C, H, O, dan N. Protein juga mengandung posfor, belerang dan terdapat jenis protein yang mengandung logam berupa besi dan tembaga. Adanya kandungan protein dalam kulit labu kuning dapat berfungsi sebagai agen penstabil sekaligus agen pereduksi dalam biosintesis nanopartikel ZnO (Mittal et al., 2013; Iravani, 2011). Gugus fungsi seperti -CO- sebagaimana ditunjukan pada amida sekunder merupakan turunan dari senyawa heterokompleks yang merupakan turunan dari protein yang terkandung pada ekstrak Cucurbita moschata dan berfungsi sebagai capping agent dalam biosintesis nanopartikel ZnO (Peletiri et al., 2012).
Peletiri et al. (2012) melaporkan jika protein terlibat dalam proses reduksi Zn2+. Menurut Abdella (2008) di dalam per-100 gram kulit labu kuning mengandung 1,64% protein dan 4,06 % karbohidrat. Senyawa polisakarida yang terdapat dalam ekstrak biji labu kuning diduga juga terlibat dalam proses reduksi kation Zn2+ membentuk Zn untuk kemudian membentuk ZnO saat proses kalsinasi. Purwaningsih et al. (2017) juga menyatakan kulit labu kuning juga mengandung senyawa fenolik. Senyawa asam fenolik yang mudah larut dalam air juga berperan dalam mereduksi Zn2+ (Peletiri et al., 2012).
Gugus fungsi seperti hidroksi (OH) berperan sebagai agen penstabil dalam biosintesis nanopartikel ZnO. Menurut Tiwari dan Declan (2015) gugus fungsi ini berperan sebagai ligan yang mendonorkan pasangan elektron bebas ke orbital Zn2+ kemudian Zn2+ dan gugus polar tersebut membentuk senyawa kompleks dalam template yang berukuran nano. Senyawa kompleks terbentuk melalui ikatan
28
kovalen koordinasi antara ligan dengan logam. Ligan akan menyumbangkan pasangan elektron bebas ke ion logam yang menyediakan orbital kosong. Ion logam bertindak sebagai asam Lewis sedangkan ligan sebagai basa Lewis. Senyawa kompleks yang terbentuk memiliki efek kelat yang lebih stabil. Nanopartikel ZnO terbentuk setelah proses kalsinasi.
4.2 Hasil Biosintesis Nanopartikel ZnO
Pembentukan nanopartikel ZnO terjadi melalui mekanisme reaksi antara larutan prekursor Zn(CH3COO)2.2H2O, ekstrak kulit labu kuning Cucurbita
moschata dan NaOH. Konsentrasi prekursor untuk biosintesis nanopartikel ZnO
adalah konsentrasi 0,15 M. Menurut Nurbayasari et al (2017); Tamtowi (2020) konsentrasi 0,15 M dan pH 8 merupakan standar yang baik untuk biosintesis nanopartikel ZnO. Reaksi antara larutan prekursor dan NaOH menghasilkan Zn(OH)2, CH3COONa dan H2O. Senyawa Zn(OH)2 terbentuk diawali dengan larutan keruh. Larutan keruh tersebut berubah menjadi koloid yang berwarna putih susu. Larutan koloid tersebut terbentuk setelah Zn2+ dan OH- berada pada titik kritikal kelarutan. Sementara itu ion OH- yang berlebih akan bereaksi dengan Zn(OH)2 kemudian terbentuk kompleks Zn(OH)42-. Adanya proses pengadukan, dan H2O, menyebabkan senyawa Zn(OH)42- terdisosiasi menjadi ion Zn2+ dan OH -kembali dan selajutnya berubah menjadi ZnO karena adanya reaksi reduksi ion Zn2+ menjadi Zn oleh gugus fungsi yang berasal dari ekstrak kuilit labu kuning
Cucurbita moschata. Mekanisme reaksi yang terjadi antara Zn(CH3COO)2.2H2O dengan NaOH dapat dilihat pada persamaan berikut (Wang et al., 2011) :
29
Zn2+ + 2OH- ⇌ Zn(OH)2(l)………....(7)
Zn2+ + 4OH- ⇌ Zn(OH)
42-(l)………...(8)
Zn2+ + 2OH- ⇌ ZnO(l) + 2H2O………...(9)
Dalam biosintesis nanopartikel ZnO, senyawa protein dalam kulit labu kuning Cucurbita moschata berperan sebagai agen pestabil sekaligus agen pereduksi. Gugus-gugus fungsi dari kulit labu kuning Cucurbita moschata dibantu dengan NaOH akan mereduksi ion-ion Zn2+ menjadi atom Zn. Kemudian atom-atom Zn berkumpul dan membentuk kluster Zn. Selajutnya terjadi pertumbuhan dimana laju pertumbuhan tersebut akan mempengaruhi ukuran partikelnya. Gugus-gugus fungsi dari ekstrak kuilit labu kuning Cucurbita moschata berinteraksi dengan interface senyawa Zn dan menyelubungi kluster Zn, peristiwa ini disebut ‘capping’ sehingga dalam pembentukan nanopartikel ZnO tidak terjadi agregasi antar nanopartikel dan membentuk nanopartikel ZnO yang stabil. Hal ini disebabkan adanya gaya toak-menolak antar muatan sejenis disebabkan oleh gugus hidroksi (OH-) yang berperan dalam mengikat kluster Zn sehingga interface partikel diselimuti oleh ion-ion bermuatan negatif (Tournebize et al., 2012).
Kecenderungan partikel untuk beragregasi disebabkan oleh efek gerak Brown atau gerakan terus menerus partikel yang terjadi dalam larutan. Kecenderungan ini menyebabkan diameter partikel tidak seragam. Agregasi nanopartikel terjadi melalui dua tahapan. Tahap pertama partikel saling mendekat dan saling bertumbuk satu sama lain dan tahap kedua partikel yang bertumbuk saling melekat satu sama lain (Masakke et al., 2015).
30
Gugus-gugus fungsi pada protein dalam ekstrak labu kuning seperti hidroksi tersebut berperan sebagai agen penstabil atau surfaktan. Surfaktan atau
surface active agent adalah molekul-molekul yang mengandung gugus hidrofilik
(suka air) dan lipofilik (suka minyak/lemak) pada molekul yang sama (Sheat, 1997). Gugus bagian polar (hidrofilik) dapat bermuatan positif, negatif, atau netral. Umumnya bagian polar mengandung gugus hidroksil, sedangkan bagian nonpolar (lipofilik) merupakan rantai alkil panjang. Dengan adanya dua bagian tersebut akan mendorong pembentukan nanopartikel secara homogen (Sundaram et al,.2012).
Gugus-gugus fungsi yang terdapat pada ekstrak kulit labu kuning tersebut mengalami reaksi kompleksasi dengan Zn2+. Ekstrak kulit labu kuning sebagai ligan dan Zn2+ sebagai logam membentuk ikatan kovalen koordinasi. Dimana ligan menyumbangkan pasangan elektron bebas ke ion logam yang menyediakan orbital kosong. Gugus fungsi pada ekstrak tersebut yang berperan sebagai ligan yang mendonorkan pasangan elektron bebas ke orbital Zn2+ membentuk senyawa kompleks yang berukuran nano dan nanopartikel ZnO akan terbentuk setelah proses kalsinasi (White et al.,2015).
Pengeringan pada suhu 100 °C menyebabkan terjadinya reaksi dehidrasi yaitu lepasnya hidrat kelingkungan berupa uap air. Sementara itu, Zn(OH)2 belum sepenuhnya mengalami dekomposisi. Pada penelitian Zhou et al. (2002); Wu et al. (2007) menyatakan Zn(OH)2 mengalami dekomposisi pada temperatur di atas 125 °C.
Kalisinasi pada suhu sebesar 450 °C akan menimbulkan energi pendorong yang dapat memutuskan ikatan Zn dan OH (HO○●Zn●○OH) yang terdapat pada
31
permukaan atau intersisi ZnO untuk membentuk radikal Zn2+∙● + OH-○ yang selanjutnya terjadi penyusunan ulang dan pembentukan nanopartikel (reaksi 10 dan 11) (Zhou et al., 2002; Wu et al., 2007). Juga dipertegas dengan penelitian Mornani et al. (2016) yang menghasilkan ZnO nanopartikel dengan ukuran semakin mengecil yaitu dari 66 nm ke 46 nm dengan suhu kalsinasi dari 400 oC ke 650 oC. Ashraf et al (2015) menyatakan pada suhu kalsinasi yang semakin tinggi mengindikasikan telah terjadi proses restrukturisasi kristal. Kalsinasi selain sebagai energi pendorong juga bertujuan untuk menghilangkan senyawa-senyawa lain seperti natrium hidroksida, natrium asetat, maupun seng asetat untuk meningkatkan kristalinitas nanopartikel ZnO.
4.3 Hasil Karakterisasi Nanopartikel ZnO Menggunakan XRD
Hasil analisis XRD diolah menggunakan program Match 3 sehingga diperolah informasi data mengenai struktur kristal. Selanjutnya data tersebut dikonfirmasi dengan data Crystallography Open Database (COD) sebagai referensi data base kisi kristal. Data tersebut dapat digunakan untuk menghitung ukurun kristal ZnO dengan persamaan Debye Scherrer, perhitungan dilakukan dengan menggunakan Microsoft Excel.
32
Hasil analisis dengan XRD pada Gambar 10 menunjukan bahwa semua sampel memiliki pola difraksi yang sama dan menunjukkan adanya struktur kristal ZnO wurtzite dengan bentuk hexagonal. Puncak kurva pertama sampel pada pH 7 eksrak kulit labu kuning Curcubita moschata berada pada sudut 2θ sebesar 31,79° menunjukkan adanya intesitas kristalit nanopartikel ZnO dengan arah (100). Pada puncak kedua didapatkan orientasi kristal (002) pada sudut antara 34,46°. Orientasi kristal dengan intensitas terbesar adalah (101) pada sudut 36,29°. Puncak lain yang mengindikasikan terbentuknya nanopartikel ZnO adalah (012), (110), (013), (200), (112) dan (201) pada sudut 47,60°, 56,66°, 62,95°, 66,45°, 68,02°, dan 69,18°. Nilai hkl (indeks bidang). Nilai dari sudut terdeteksi dengan arah kisi kristal nanopartikel ZnO 0,15 M pada pH 7. Puncak tertinggi dengan nilai FWHM yang diperoleh untuk sudut 36,29° adalah 0,32 sehingga dihitung dengan persamaan Debye Scherrer diperoleh ukuran kristalnya sebesar 26,125 nm (Lampiran 4).
Adapun puncak kurva pertama sampel pada pH 8 pada Gambar 11 berada pada sudut 2θ sebesar 31,78° menunjukkan adanya intesitas kristalit nanopartikel ZnO dengan arah (100). Pada puncak kedua didapatkan orientasi kristal (002) pada sudut antara 34,45°. Orientasi kristal dengan intesitas terbesar adalah (101) pada sudut 36,28°. Puncak lain yang mengindikasikan terbentuknya nanopartikel ZnO adalah (012), (110), (013), (200), (112) dan (201) pada sudut 47,58°, 56,65°, 62,93°, 66,40°, 68,02°, dan 69,15°. Nilai dari sudut terdeteksi dengan arah kisi kristal nanopartikel ZnO 0,15 M pada pH 8. Puncak tertiggi dengan nilai FWHM yang diperoleh untuk sudut 36,28° adalah 0,44 sehingga dihitung dengan persamaan Debye Scherrer diperoleh ukuran kristalnya sebesar 18,999 nm.
33
Sampel pH 9 pada Gambar 11 menunjukan puncak kurva tertinggi dengan nilai FWHM yang diperoleh untuk sudut 36,27° adalah 0,32 sehingga dihitung dengan persamaan Debye Scherrer diperoleh ukuran kristalnya sebesar 26,123 nm (Lampiran 4). nilai FWHM pH 8 dan pH 9 serta nilai hkl (indeks bidang).
Ukuran kristal dibuktikan dengan perhitungan menggunakan persamaan
Debye Scherrer (Lampiran 4). Diperoleh ukuran kristal terkecil pada nilai FWHM
terbesar, terdapat pada sampel konsentrasi 0,15 M pada pH 8 yaitu sebesar 18,999 nm dapat dilihat pada Tabel 1.
Ukuran kristal yang terkecil pada pH 8 dengan konsentrasi prekursor Zn(CH3COO)2.2H2O sebanyak 0,15 M merupakan kondisi yang optimal dalam biosintesis nanopartikel ZnO. Selain pengaruh pH kondisi yang optimal dalam biosintesis nanopartikel ZnO disebabkan oleh pengaruhi konsentrasi sampel ekstrak kulit labu kuning Cucurbita moschata. Sampel dengan konsentrasi ekstrak yang sesuai dapat menjadi capping agent sekaligus sebagai agen penstabil yang baik sehingga tidak terjadi agregasi. Sebagimana menurut Nagarajan et al, (2013) menyatakan pada pH rendah agregasi nanopartikel ZnO mengarah pada pembentukan nanopartikel yang lebih besar di sekitaran nukleasi. Oleh karena itulah sampel pada pH 7 memiliki ukuran kristal terbesar yaitu sebesar 26,125 nm dibanding pH 9 sebesar 26,123 nm dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Ukuran kristal dan struktur kristal pada pH 7, 8 dan 9 Variasi
pH Struktur kristal FWHM tertinggi (°) Ukuran kristal (nm)
pH 7 Heksagonal 0,32 26,125
pH 8 Heksagonal 0,44 18,999
34
Terbentuknya ukuran kristal yang kecil sangat dipengaruhi oleh penambahan NaOH selama biosintesis berlangsung. Kemampuan berbagai gugus fungsi untuk mereduksi berkurang dengan adanya konsentrasi H+ yang tinggi pada kondisi pH rendah. Namun saat pH ditingkatkan kemampuan berbagai gugus fungsi sebagai pereduksi meningkat sehingga meningkatkan kestabilan serta mencegah terjadinya aglomerasi seiring dengan meningkatnya ion OH- (Sharma et al., 2015). Saat suplai NaOH yang lebih banyak (pH tinggi), sebagai agen pereaksi pembentuk ZnO dari ion prekursor Zn2+ juga memberikan efek terhadap coverage pertumbuhan nanopartikel ZnO di atas substrat (Sholehah, 2015). Selain pH larutan reaksi, pembentukan nanopartikel dipengaruhi oleh beberapa faktor lainnya yaitu konsentrasi rumput laut, konsentrasi garam logam (prekursor) dan waktu reaksi. Menurut Fawcett et al, (2017) suhu reaksi juga mempengaruhi ukuran partikel.
Untuk mengetahui tingkat keakuratan atau tingkat kesalahan dalam pencocokan difraktogram dengan suatu data refrensi perlu metode analisis kuantitatif dengan metode Rietveld. Metode tersebut merupakan penghalusan data (refinement) dari data keluaran difraktogram sinar-X yang dicocokkan dengan parameter-parameter suatu model yang disusun berdasarkan interpretasi struktur kristal untuk dicocokkan dengan data terukur sehingga tercapai nilai selisih kuadrat minimal (Young, 1993). Penghalusan data (refinement) dilakukan pada program Match 3 didapat nilai R-profile (Rp). Untuk sampel konsentrasi 0,15 M pada pH 7, pH 8 dan pH 9 secara berturut-turut memiliki nilai Rp sebesar 5,6 %, 3,2 %, 4,4 %. Tingkat keakuratan difraksi sinar-X dapat diterima jika Rp kurang dari 20 % (Kisi, 1994).
35
Putra (2015) menyatakan bahwa semakin kecil nilai Rp maka kemurnian semakin tinggi dan semakin baik karena kesesuaian antara data teoritis dengan observasi semakin tinggi. Juga semakin kecil nilai Rp yang maka akan semakin baik kristalinitas yang dihasilkan. Pada sampel pH 8 menunjukan nilai Rp terkecil dapat dilihat pada Gambar 11. Hal ini menunjukan bahwa pada kondisi pH 8 merupakan kondisi optimal, dimana pembentukan kristal ZnO lebih baik dan lebih murni.
4.4 Hasil morfologi permukaan nanopartikel ZnO menggunakan TEM Sampel yang dipilih adalah sampel yang terbaik yaitu sampel yang memiliki ukuran kristal paling kecil berdasarkan hasil analisis XRD. Sampel tersebut adalah Zn(CH3COO)2.2H2O 0,15 M dengan kondisi pH 8.
Gambar 11. Distribusi ukuran nanopartikel ZnO hasil uji TEM
Gambar 11 menunjukkan ukuran nanopartikel ZnO yang disintesis memiliki distribusi partikel yang cenderung seragam, distribusi ukuran partikel antara 12,95 nm - 46,58 nm dengan rata-rata diameter partikel sebesar 24,90 nm. Hal ini disebabkan oleh adanya kandungan protein yang terdapat pada ekstrak kulit labu
36
kuning yang berperan sebagi agen penstabil. Vasquez et al. (2016) menyatakan bahwa partikel yang memiliki diameter <1.000 nm dapat diterima sebagai zat pembawa berukuran nano yang dapat digunakan oleh industri farmasi. Bentuk yang dihasilkan adalah bentuk klaster diantaranya adalah tube, cubic, spherical dan tetrahedral dengan bentuk klaster dominan adalah spherical.
Dengan membandingkan pada penelitian Nurbayasari et al, (2017) menggunakan Caulerpa sp. Menghasilkan nanopartikel ZnO berukuran rata- rata 370,72 nm dan Tamtowi (2020) menggunakan ekstrak biji labu kuning menghasilkan ukuran rata-rata 28,07 nm, maka hasil penelitian ini sudah cukup baik karena dapat menghasilkan nanopartikel ZnO dengan ukuran yang lebih kecil yaitu 24,09 nm. Namun demikian masih terdapat aglomerasi. Hal ini diduga karena masih adanya senyawa-senyawa kimia yang terdapat dalam ekstrak kulit labu kuning yang ikut berperan sebagai template atau pemerangkap untuk prekursor. Foliatini et al. (2015) menyatakan bahwa ukuran nanopartikel ZnO yang terbentuk yang dihasilkan sangat bergantung pada ukuran template yang mengelilingi permukaan nanopartikel, juga disebabkan daya elektrostatik ZnO, polaritas serta energi yang besar di permukaan sampel yang biasa terjadi ketika proses sintesis berlangsung (Elumalai dan Velmurugan 2015; Azizi et al., 2014; Zhang et al., 2002).
Ukuran nanopartikel berdasarkan ZnO standar Sigma Aldrich memiliki diameter rata-rata sebesar 317 nm. Jika dibandingkan dengan hasil biosintesis ZnO pada penelitian ini, menghasilkan partikel berukuran 24,09 nm (Lampiran 5). Hal ini membuktikan bahwa ekstrak kulit labu kuning berhasil berperan sebagai agen penstabil, capping agent sekaligus agen pereduksi. Dengan semakin kecilnya
37
ukuran partikel yang diperoleh maka akan semakin besar pengaruh yang akan dihasilkan pada aplikasi DSSC. Adanya efek ukuran yang dinamakan quantum
size effect dapat memperluas aplikasi nanomaterial dimana dengan semakin
kecilnya ukuran partikel akan memperbesar nilai energi celah pita sehingga dengan demikian dapat meningkatkan efisiensi sel surya organik atau DSSC (Gratzel, 2003; Jafarirad et al., 2016).
4.5 Hasil penentuan efisiensi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Pada pengujian DSSC terdapat variasi hambatan R (Ω) yaitu pada R1 = 0, R2 = 50, R3 = 100, R4 = 150, R5 = 200, R6 = 250. Hubungan dari arus pendek (Isc) dan tegangan (Voc) merupakan faktor penting dalam penentuan efisiensi (η). Setelah mengetahui nilai dari tegangan maksimum (Vmax), arus maksimum (Imax), dan nilai fill factor (FF) maka dapat ditentukan besar nilai efisiensinya. Berikut kurva hubungan antara kerapatan arus (I) terhadap tegangan (V).
